Studio di processi di trasformazione termochimica di fanghi da depurazione in eco-materiali. Study of thermochemical transformation processes of sewage sludges into eco-materials.

Sewage sludges are an unresolved environmental problem. Due to the large volumes produced, this waste is mainly incinerated, landfilled or distributed in fields. The goal of this study is to investigate innovative methods of transformation into secondary raw materials, with a view to a circular economy. The sludges were characterized in order to determine the percentage of dry matter, the presence of heavy metals and organic compounds. The possibility of transforming sewage sludges into a secondary raw material has been evaluated by exploiting hydrothermal processes in conditions close to the critical point of the water. Experiments were carried out in batch reactors and in a pilot plant by varying the temperature and reaction time. We explored the conditions of i) hydrothermal dewatering, which made it possible to obtain an odorless product with a low water content that can be used in ceramic blends; ii) hydrothermal carbonization, which transform sludges into hydrochar; and iii) hydrothermal liquefaction, which made it possible to obtain a bio-crude. Eco-bricks were synthesized using an industrial ceramic mixture for bricks and sewage sludges in a variable percentage of 10, 30, 50 and 70%. All the products were characterized in the laboratory by X-ray diffraction of the powders to evaluate the composition of the phases. Microstructural and textural analyzes were conducted at the scanning electron microscope with EDS spectroscopy. The results showed that the sludge can be used as an additive in the production of eco-bricks; and hydrothermal treatments can be a possibility to reduce the volume and microbiological load of the sludge and at the same time obtain secondary raw materials.

I fanghi da depurazione risultano essere un problema ambientale non ancora risolto. A causa degli ingenti volumi prodotti, questi rifiuti vengono principalmente inceneriti, messi in discarica o distribuiti nei campi. L’obbiettivo di questo studio è investigare metodi innovativi di trasformazione in materia prima seconda, nell’ottica di un’economia circolare. I fanghi sono stati caratterizzati allo scopo di determinare la percentuale di sostanza secca, le quantità di C-H-N e la presenza di metalli pesanti. Si è valutata la possibilità di trasformare i fanghi in materia prima seconda sfruttando processi idrotermali in condizioni prossime al punto critico dell’acqua. Si sono condotti esperimenti in un reattore in batch e in un impianto pilota variando temperatura e tempo di reazione. Si sono quindi esplorate le condizioni di i) hydrothermal dewatering, che hanno consentito di ottenere un prodotto inodore e a basso contenuto di acqua utilizzabile in impasti ceramici; ii) hydrothermal carbonization, che trasformano il fango in hydrochar; e iii) hydrothermal liquefaction, che hanno consentito di ottenere un bio-crude. Sono stati sintetizzati eco-mattoni utilizzando un impasto ceramico industriale per laterizi e fanghi in percentuale variabile del 10, 30, 50 e 70%. Tutti i prodotti sono stati caratterizzati in laboratorio mediante diffrazione X delle polveri per valutare la composizione delle fasi. Analisi microstrutturali e tessiturali sono state condotte al microscopio elettronico a scansione con spettroscopia EDS. I risultati hanno mostrato che i fanghi possono essere impiegati come integratori nella produzione di eco-mattoni; ed i trattamenti idrotermali possono essere una possibilità per ridurre il volume e carica microbiologica dei fanghi e al contempo ottenere materie prime seconde.